基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型及仿真方法技术

本发明专利技术提供的一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型及仿真方法，该仿真模型包括：驱动单元、液力端单元、进液阀单元、出液阀单元、进液腔单元、出液腔单元，其中，驱动单元与液力端单元连接，驱动单元用于为液力端单元中的活塞进行往复直线运动提供动力；液力端单元，用于模拟活塞在活塞腔中的往复运动；进液阀单元，用于模拟进液阀的开启、关闭运动；出液阀单元，用于模拟出液阀的开启、关闭运动；进液腔单元，用于模拟进液腔；出液腔单元，用于模拟出液腔。通过搭建液氢泵系统的全系统仿真模型，在硬件系统设计加工之前利用全系统仿真模型验证液氢泵系统是否能满足设计技术指标，降低设计风险，减少实物试验的次数。减少实物试验的次数。减少实物试验的次数。

【技术实现步骤摘要】
基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型及仿真方法


[0001]本专利技术涉及液态储氢加氢
，具体涉及一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型及仿真方法。

技术介绍

[0002]高压液氢泵是液态储氢加氢站的核心关键设备，用于将低压液氢增压到45MPa以上的压力，为加氢站提供符合压力、流量要求的氢供给。液态储氢加氢站与常规高压气态储氢加氢站相比，在装载量、装卸时间、储氢压力、占地面积方面都有突出优点。但是液态储氢加氢站关键设备尚不够成熟，特别是高压往复式液氢泵由于技术难度大，还没有成熟的产品，依赖国外进口产品。
[0003]在液态储氢加氢站关键设备研制过程中，由于液氢介质小分子、低黏度、超低温、气化潜热小、点火能量小的特点，给液氢泵的密封、漏热、安全设计带来很大困难。而由于液氢的易燃易爆特性，在液氢泵工作机理没有研究清楚之前，进行充分的试验验证不但经济投入大，也存在一定的安全风险。由于液氢的超低温特性使得实物验证时很多关键参数没有测量手段或者测量精度不高。同时液氢泵在工作过程中涉及复杂的机械、传热、传质、相变特性，仅采用理论研究的方式难以复现液氢泵复杂的工作过程。

技术实现思路

[0004]因此，本专利技术要解决的技术问题在于克服现有技术中高压往复式液氢泵研制过程中，仅采用理论研究的方式难以复现液氢泵复杂的工作过程缺陷，从而提供一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型及仿真方法。
[0005]为达到上述目的，本专利技术提供如下技术方案：
[0006]第一方面，本专利技术实施例提供一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，包括：驱动单元、液力端单元、进液阀单元、出液阀单元、进液腔单元、出液腔单元，其中，
[0007]所述驱动单元与所述液力端单元连接，所述驱动单元用于为所述液力端单元中的活塞进行往复直线运动提供动力；
[0008]所述液力端单元，用于模拟活塞在活塞腔中的往复运动；
[0009]所述进液阀单元，用于模拟进液阀的开启、关闭运动；
[0010]所述出液阀单元，用于模拟出液阀的开启、关闭运动；
[0011]所述进液腔单元，用于模拟进液腔；
[0012]所述出液腔单元，用于模拟出液腔。
[0013]可选的，所述驱动单元，包括：电机模块、转角测量模块、曲柄连杆机构模块，其中，
[0014]所述电机模块，用于模拟电机的旋转运动；
[0015]所述转角测量模块与所述电机模块连接，所述转角测量模块用于测量电机的转角；
[0016]所述曲柄连杆机构模块与所述电机模块连接，所述曲柄连杆机构模块用于将旋转
运动转换为直线运动。
[0017]可选的，所述液力端单元，包括：活塞腔模块、活塞模块、保温传热特性模块、活塞腔余隙模块，其中，
[0018]所述活塞模块在所述活塞腔模块中往复运动，所述活塞模块用于在吸液冲程时在所述活塞腔模块内行程低压并吸入液氢，在排液冲程时将所述活塞腔模块内的液氢挤出活塞腔模块；
[0019]所述保温传热特性模块，用于模拟活塞腔与外界环境、腔内液氢之间的换热特性；
[0020]所述活塞腔余隙模块用于模拟余隙的压力、容积特性。
[0021]可选的，所述进液阀单元，包括：进液滑阀模块、弹簧模块，其中，
[0022]所述进液滑阀模块用于模拟进液阀门，所述进液滑阀模块在活塞腔内的压力与弹簧模块的弹簧预紧力之和小于进液腔压力时打开，所述进液滑阀模块在活塞腔内的压力与弹簧预紧力之和不小于进液腔压力时关闭。
[0023]可选的，所述出液阀单元，包括：出液锥阀模块、弹簧模块，其中，
[0024]所述出液锥阀模块用于模拟出液阀门，所述出液锥阀模块在活塞腔内的压力与弹簧模块的弹簧预紧力之和大于出液腔压力时打开，所述出液锥阀模块在活塞腔内的压力与弹簧预紧力之和不大于出液腔压力时关闭。
[0025]可选的，所述活塞模块的运动规律如下：
[0026][0027][0028]式中：x为活塞位移；φ为曲轴转角；t为时间；r为曲轴半径；λ为曲轴半径r与连杆长度l之比；v为活塞速度；ω为角速度。
[0029]第二方面，本专利技术实施例提供一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真方法，基于本专利技术实施例第一方面所述的基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，所述基于AMESim的液氢泵动力学仿真方法，包括：
[0030]获取目标仿真需求；
[0031]根据目标仿真需求对基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型进行参数设置；
[0032]基于参数设置后的仿真模型，从泵阀延迟特性角度进行仿真验证。
[0033]可选的，基于AMESim的液氢泵动力学仿真方法，还包括：基于参数设置后的仿真模型，从传热特性角度进行仿真验证。
[0034]本专利技术技术方案，具有如下优点：
[0035]本专利技术提供的一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，包括：驱动单元、液力端单元、进液阀单元、出液阀单元、进液腔单元、出液腔单元，其中，驱动单元与液力端单元连接，驱动单元用于为液力端单元中的活塞进行往复直线运动提供动力；液力端单元，用于模拟活塞在活塞腔中的往复运动；进液阀单元，用于模拟进液阀的开启、关闭运动；出液阀单元，用于模拟出液阀的开启、关闭运动；进液腔单元，用于模拟进液腔；出液腔单元，用于模拟出液腔。通过搭建液氢泵系统的全系统仿真模型，在硬件系统设计加工之前利用全系统
仿真模型验证液氢泵系统是否能满足设计技术指标，降低设计风险，减少实物试验的次数。
[0036]本专利技术提供的一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真方法，包括：获取目标仿真需求；根据目标仿真需求对基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型进行参数设置；基于参数设置后的仿真模型，从泵阀延迟特性角度进行仿真验证。在硬件系统设计加工之前，利用仿真方法验证仿真模型能否正确反应液氢泵系统的工作特性，降低了设计风险，减少了实物试验的次数。
附图说明
[0037]为了更清楚地说明本专利技术具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本专利技术的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0038]图1为本专利技术实施例中基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型示意图；
[0039]图2为本专利技术实施例中基于AMESim的液氢泵动力学仿真方法的一个具体示例的流程图；
[0040]图3为本专利技术实施例中泵阀延迟情况下活塞位移与腔内温度压力的关系示意图；
[0041]图4为本专利技术实施例中泵阀延迟与腔内压力的关系图；
[0042]图5为本专利技术实施例中腔内壁温每1秒上升0.006K示意图；
[0043]图6为本专利技术实施例中200w、600w、1000w热流情况下缸内流体汽化比例示意图。
具体实施方式
[本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，其特征在于，包括：驱动单元、液力端单元、进液阀单元、出液阀单元、进液腔单元、出液腔单元，其中，所述驱动单元与所述液力端单元连接，所述驱动单元用于为所述液力端单元中的活塞进行往复直线运动提供动力；所述液力端单元，用于模拟活塞在活塞腔中的往复运动；所述进液阀单元，用于模拟进液阀的开启、关闭运动；所述出液阀单元，用于模拟出液阀的开启、关闭运动；所述进液腔单元，用于模拟进液腔；所述出液腔单元，用于模拟出液腔。2.根据权利要求1所述的基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，其特征在于，所述驱动单元，包括：电机模块、转角测量模块、曲柄连杆机构模块，其中，所述电机模块，用于模拟电机的旋转运动；所述转角测量模块与所述电机模块连接，所述转角测量模块用于测量电机的转角；所述曲柄连杆机构模块与所述电机模块连接，所述曲柄连杆机构模块用于将旋转运动转换为直线运动。3.根据权利要求1所述的基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，其特征在于，所述液力端单元，包括：活塞腔模块、活塞模块、保温传热特性模块、活塞腔余隙模块，其中，所述活塞模块在所述活塞腔模块中往复运动，所述活塞模块用于在吸液冲程时在所述活塞腔模块内行程低压并吸入液氢，在排液冲程时将所述活塞腔模块内的液氢挤出活塞腔模块；所述保温传热特性模块，用于模拟活塞腔与外界环境、腔内液氢之间的换热特性；所述活塞腔余隙模块用于模拟余隙的压力、容积特性。4.根据权利要求1所述的基于AMESim的液氢泵动力学仿真模型，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：郭敬，高婉丽，刘瑞敏，王丽婧，邱南彬，
申请(专利权)人：北京航天试验技术研究所，
类型：发明
国别省市：